К.Н.Попов М.Б.Кадцо

Строительные материалы и изделия

Допущено Госстроем России в качестве учебника для студентов строительных специальностей средних специальных учебных заведений

Москва «Высшая школа» 2001

УДК 691 ББК 38.3 П 57

Рецензенты:

канд. техн. наук Н.П. Умнякова (Московский государственный строительный университет); канд. техн. наук Г.Ф. Слитенко (Московский строительный

техникум) Ш

Попов К.Н., Кадцо М.Б.

П 57 Строительные материалы и изделия: Учеб.—М.: Высш. шк., 2001.- 367 с.: ил. _,

ISBN 5-06-003799-1

В книге описаны свойства современных строительных материалов как общего назначения, так и специальных (тепло- и звукоизоляционных и отделочных).

Уделено внимание экологическим проблемам производства и применения стро ительных материалов.

В конце основных разделов книги дано описание лабораторно-практических работ по оценке качества материалов. Приведены типовые расчетные задачи по курсу «Строительные материалы и изделия».

Доя студентов строительных специальностей средних специальных учебных заведений.

УДК 691 ББК 38.3

ISBN 5-06-003799-1

©ГУЛ «Издательство «Высшая школа», 2001

Посвящается светлой памяти Николая Анатольевича Попова Л :/⁴. (1899-1964)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Материаловедение — одна из главных дисциплин для строителей всех профессий, что вполне объяснимо. Все здания и инженерные сооружения возводятся из строительных материалов, поэтому правиль­ный их выбор, умение оценить их качество и степень сохранности и обеспечить нормальные условия эксплуатации конструкций из этих материалов — все это необходимо для строителей любой специально­сти.

Учебник включает в себя 6 разделов. Раздел 1 — вводный — «Ос­новные понятия строительного материаловедения». Во втором разделе дано описание природных материалов. Разделы 3—5 посвящены мате­риалам общего назначения (керамика, стекло, вяжущие вещества и др.). Последний 6-й раздел посвящен материалам специального назна­чения (кровельным, теплоизоляционным, лакокрасочным и др.). Опи­сание всех материалов дается по схеме «состав — структура — свойст­ва».

В отличие от традиционных учебников в предлагаемой книге в конце соответствующих глав дано описание лабораторных работ. Это позволило избежать ненужных повторов теоретической части при объяснении сути лабораторных работ, что неизбежно в случае издания отдельного лабораторного практикума.

В конце учебника приведены типовые задачи по курсу «Строитель­ные материалы и изделия».

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Строительство — одна из главных отраслей экономики страны.

Для возведения зданий и инженерных сооружений требуется боль­шое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем составляет 60 % (а в ряде случаев и более) от общей стоимости строительства.

Перед промышленностью строительных материалов стоят серьез­ные задачи, заключающиеся не только и не столько в увеличении выпуска материалов и изделий, но прежде всего в повышении их качества и расширении выпуска новых эффективных материалов и изделий, позволяющих снизить материалоемкость строительства и. трудоемкость возведения зданий и сооружений.

Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изго-; товляющих большое количество разнообразной продукции. По объему производимой продукции промышленность строительных материалов занимает одно из первых мест в экономике, однако уровень ее техни- ческой оснащенности отстает от многих других отраслей.

Последние годы ассортимент строительных материалов претерпел существенное изменение как за счет импортных материалов, так и за счет освоения производства новых материалов отечественньми пред­приятиями. Общая тенденция в производстве строительных матери­алов — выпуск материалов и изделий с максимальной степенью готов­ности для использования. Это касается не только традиционных сборных железобетонных элементов (панелей, плит перекрытий и т. п.), но и отделочных, кровельных и других специальных материалов. Использование таких материалов позволяет свести работы на месте строительства к простейшим монтажным операциям, что, вкупе с разнообразным электроинструментом и вспомогательными материала­ми (крепежными, клеющими и т. п.), резко ускорит строительство.

Одновременно с индустриальным городским стррительством полу­чает развитие малоэтажное, в том числе индивидуальное, поселковое и сельское строительство. Для его обеспечения требуется увеличение выпуска традиционных материалов: кирпича, лесоматериалов, асбесто­цементных изделий, а также широкое использование местных строи­тельных материалов.

Промышленность строительных материалов использует в качестве сырья попутные продукты и отходы других отраслей промышленности (металлургические шлаки, золы ТЭС, отходы деревообработки), внося 4 свою лепту в решение экологических проблем, относящихся к глав­нейшим проблемам, вставшим перед человечеством к концу XX в. К сожалению, используется пока лишь небольшой процент попутных продуктов и промышленных отходов, и это остается одним из актуаль­ных направлений развития промышленности строительных материа­лов.

Другая проблема, стоящая перед строителями,— снижение энерго­затрат на отопление зданий. Она может быть решена только за счет эффективной теплоизоляции зданий и тепловых сетей, так как удов­летворение новых нормативов СНиП по термическому сопротивлению ограждающих конструкций не реально при применении традицион­ных материалов.

Тем не менее основной материальной базой строительства остаются традиционные материалы: керамика, вяжущие вещества, бетоны и др. -И-Х-рацио.шдьно£-пр.именение-оатае1с,ялдавж1й-задаа&й-С1раи:тед£Й.

Для того чтобы правильно использовать строительные материалы, надо знать их свойства и назначение. Изучением свойств материалов занимается материаловедение. I! развитие строительного материалове­дения большой вклад внесли российские ученые и инженеры. Еще в начале XIX в. по инициативе проф. Н.А. Белелюбского были приняты используемые и поныне стандартные методы оценки свойств строи­тельных материалов (определение марки цементов, морозостойкости и др.). Позднее была разработана теория твердения вяжущих веществ (Л.А. Байков, В.Н. Юнг), созданы новые виды вяжущих (П.П. Буд­ников, В.В. Михайлов), разработаны и внедрены в практику новые виды бетонов и растворов (А.В. Волженский, Н.А. Попов, !>.Г. Скрамтаев).

Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения

Глава 1. Классификация и требования к строительным материалам

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Жилые, общественные и производственные здания представляют - собой сооружения, предназначенные для размещения людей и различ­ного оборудования и защиты их от воздействия окружающей среды. Все здания состоят из одинаковых по назначению частей:

• фундамента, служащего основанием здания и передающего на-?

грузку от всего здания на землю; ■ '

• каркаса — несущей конструкции, на которой устанавливаются

ограждающие элементы здания; каркас воспринимает и перераспреде- ляст нагрузки и передает их на фундамент;

« ограждающих конструкций, изолирующих внутренний объем зда­ния от воздействия внешней среды или разделяющих отдельные части внутреннего объема между собой; к ограждающим конструкциям от­носятся стены, перекрытия и кровли, причем в малоэтажных зданиях стены и перекрытия часто выполняют функцию каркаса.

С глубокой древности жилые и культовые сооружения возводили из природных материалов — камня и дерева, причем из них выполняли все части здания: фундамент, стены, кровлю. Такая -вынужденная универсальность материала (других материалов не было) имела суще­ственные недостатки. Строительство каменных зданий было трудоем­ко; каменные стены для поддержания в здании нормального теплового режима приходилось делать очень толстыми (до 1 м и более) по причине того, что природный камень — хороший проводник теплоты. Для устройства перекрытий и кровель ставили много колонн или делали тяжелые каменные своды, так как прочность при сжатии и изгибе камня недостаточна для перекрытая больших пролетов. У каменных зданий, правда, было одно положительное качество — долговечность. Менее трудоемкие и материалоемкие, но не долговечные деревянные здания часто разрушались при пожарах.

С развитием промышленности появились новые, разные по назна­чению строительные материалы: для кровли — листовое железо, позже

• рулонные материалы и асбестоцемент; для несущих конструкций — стальной прокат и высокопрочный бетон; для тепловой изоляции — фибролит, минеральная вата и др.

На основе синтетических полимеров стали изготавливать высоко­эффективные пластмассы, в том числе и строительного назначения: пинолеум, декоративные листы и пленки, герметики, пенопласты и др.

Специализация и промышленное изготовление строительных ма­териалов и изделий коренным образом изменили характер строитель­ства. Материалы, а затем и изделия из них на стройку поступают практически в готовом виде, строительные конструкции стали легче и эффективнее (например, лучше предохраняют от потерь теплоты, от иоздействия влаги). В начале XX в. началось заводское изготовление с троительных конструкций (металлических ферм, железобетонных ко­лонн), но только с 50-х годов впервые в мире в нашей стране началось массовое строительство жилых зданий из железобетонных элементов шводского изготовления (блочное и крупнопанельное строительство).

Современная промышленность строительных материалов и изде­лий производит большое количество готовых строительных материалов и изделий различного назначения, например: керамические плитки для иолов, для внутренней облицовки, фасадные, ковровую мозаику; ру­лонные и штучные материалы для устройства кровли, специальные материалы для гидроизоляции. Чтобы легче было ориентироваться в этом многообразии строительных материалов и изделий, их принято классифицировать. Наибольшее распространение получили классифи­кации по назначению и технологическому признаку.

По назначению материалы делят на следующие группы:

• конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях;

• теплоизоляционные, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии;

• акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) — для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;

• гидроизоляционные и кровельные — для создания водонепроницае­мых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;

• герметизирующие — для заделки стыков в сборных конструкциях;

отделочные — для улучшения декоративных качеств строительных

конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляцион­ных и других материалов от внешних воздействий;

• специального назначения (огнеупорные или кислотоупорные и др.), применяемые при возведении специальных сооружений.

Некоторые материалы (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в исходном состоянии, и как сырье для получения других строительных

материалов и изделий — это так называемые материалы общего назна­чения. Трудность классификации строительных материалов по назна­чению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны — теплоизоляционные материалы; особо тяжелые бетоны — материалы специального назначения, ис­пользуемые для защиты от радиоактивного излучения.

В основу классификации по технология е с кому при­знаку положены вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления. Эти два фактора во многом определяют свойства мате­риала и соответственно область его применения. По способу изготов­ления различают материалы, получаемые спеканием (керамика, це­мент) плавлением (стекло, металлы), омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы), механической обработкой при­родного сырья (природный камень, древесные материалы).

Так как свойства материалов зависят главным образом от вида сырья и способа его переработки, в строительном материаловедении используют классификацию по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматриваются группы материалов по назначе­нию.

2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

Чтобы здание или сооружение было прочным и долговечным, необ­ходимо знать те агрессивные воздействия внешней среды, в которых будет работать каждая конструкция (рис. 1.1). Зная эти воздействия и назначение конструкции, можно сформулировать требования к мате­риалу конструкции (табл. 1.1).

Рис. 1.1. Воздействие внешней среды на конструкции здания

Таблица /./. Основные требова ния к материалам - ' строительных конструкций •'
Конструкции	Эксплуатационные факторы	Требования к материалу конструкции
Наружные:
кровля	Атмосферные влияния (дождь, снег, ветер, солнце), смена темпе­ратур и влажности, находящиеся в атмосфере газы, биологическое втпе,йсттше, (живые, организмы),	Прочность, плотность, водонеп­роницаемость, морозо- и биохими­ческая стойкость, небольшая собственная масса
	статические и динамические на­грузки (снег, ветер)	^ к" . Л ♦'
Н стены	Те же атмосферные влияния, но в меньшей степени; разные темпе- ратура и влажность с наружной и внутренней стороны стены; боль­шие статические и динамические нагрузки	То же, а также высокие теплоизо­лирующие свойства и достаточная паропрошщаемостъ
В цоколь	То же, а также замораживание я оттаивание в насыщенном водой состоянии	Прочность, водо- и морозостой- КОСТЬ
В фундамент	То же, а также действие грунто­вых вод (растворы солей и слабых кислот); нагрузка от вышележащих частей здания	Прочность, водостойкость, кор­розионная стойкость, водонепро­ницаемость
К Внутренние:
В каркас и не­имущие стены	Статические и динамические на­грузки, звуки и шумы (ударные и воздушные)	Прочность при минимальной массе, низкая звукопроводность
Е перегородки	Звуки и шумы (ударные и воз­душные)	Звукоизоляционная способность при минимальной толщине, проч­ность
В перекрытия:
чердачные	Нагрузки, смена температур и влажности	Прочность, теплоизолирующая способность, водостойкость
междуэтаж­ ные	Статические и динамические на­грузки, шумы и звуки (ударные и воздушные)	Прочность, звуко- и теплоизоли­рующая способность при мини­мальной массе
полы	Удары, истирание, статические и динамические нагрузки; в специ­альных сооружениях — воздейст­вие воды и агрессивных жидкостей	Низкое тешгоусвоение, износо­стойкость, прочность, гигиенич­ность; в специальных сооружениях — коррозионная стойкость

Материалы для той или иной конструкции выбирают таким обра­зом, чтобы их свойства отвечали предъявляемым к ним требованиям.

Контрольные вопросы

1. Какие материалы применяли для строительства в древности? 2. На какие группы делят строительные материалы по назначению? 3. Расскажите о классификации строи­тельных материалов по технологическому признаку. 4. Какие требования предъявляют к материалам строительных конструкций?